LIGAÇÕES QUÍMICAS: INVESTIGAÇÃO DA CONSTRUÇÃO DO CONHECIMENTO NO ENSINO MÉDIO

Texto

(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE CIÊNCIAS NATURAIS E EXATAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM EDUCAÇÃO EM CIÊNCIAS: QUÍMICA DA VIDA E SAÚDE. Maurícius Selvero Pazinato. LIGAÇÕES QUÍMICAS: INVESTIGAÇÃO DA CONSTRUÇÃO DO CONHECIMENTO NO ENSINO MÉDIO. Santa Maria, RS 2016.

(2) Maurícius Selvero Pazinato. LIGAÇÕES QUÍMICAS: INVESTIGAÇÃO DA CONSTRUÇÃO DO CONHECIMENTO NO ENSINO MÉDIO. Tese apresentada ao Curso de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Educação em Ciências: Química da Vida e Saúde, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do grau de Doutor em Educação em Ciências.. Orientadora: Profª. Drª. Mara Elisa Fortes Braibante. Santa Maria, RS 2016.

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(4) Maurícius Selvero Pazinato. LIGAÇÕES QUÍMICAS: INVESTIGAÇÃO DA CONSTRUÇÃO DO CONHECIMENTO NO ENSINO MÉDIO. Tese apresentada ao Curso de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Educação em Ciências: Química da Vida e Saúde, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do grau de Doutor em Educação em Ciências.. Aprovado em 15 de julho de 2016:. Santa Maria, RS 2016.

(5) AGRADECIMENTOS O desenvolvimento deste trabalho só foi possível devido à colaboração de pessoas incríveis que tive o prazer de trabalhar e conviver. Em 2016, completo dez anos de LAEQUI, período único de minha vida, que tive aprendizados imensuráveis e fiz amizades valiosas (mais imensuráveis ainda). Em primeiro lugar, agradeço a professora Mara, melhor orientadora e grande amiga, profissional que admiro e me espelho. Muito obrigado por todas as oportunidades e ensinamentos que me proporcionou ao longo desses anos. É com enorme carinho que recordarei cada e-mail e mensagem trocados, inclusive aos sábados e domingos, para que eu conseguisse encerrar a tese. Serei eternamente grato por tudo! Estendo o meu agradecimento ao professor Hugo. Agradeço a amizade construída e ressalto a importância de nossos “cafés” acompanhados de discussões científicas e educacionais para o meu aprendizado e desenvolvimento desta tese. Agradeço aos meus colegas de grupo, desde a primeira geração até os atuais. Obrigado pelo excelente convívio e por terem compartilhado comigo seus conhecimentos. Lembro-me da defesa de cada um de vocês, dos momentos de apreensão e nervosismo prévios, mas também da torcida e comemorações das conquistas. Essas ocasiões me fizeram perceber o verdadeiro valor de um grupo como o nosso. A cada defesa que passava, tive que aprender a lidar com a ausência “diária” de vocês, suprida em parte pelos novos colegas que chegavam e pelos momentos que nos reencontrávamos. Mas, nem sempre foi fácil... É com gratidão e saudades que me lembro do convívio, proporcionado pela salinha, com a Marcele, amiga desde a infância e companheira inseparável até o mestrado; Denise, hoje colega na UNIPAMPA; Giovanna, parceira de tantos momentos da vida e acadêmicos; Leandro, sempre tranquilo e pronto para ajudar; Fernando, sempre apressado. É com o mesmo sentimento que me recordo da Janessa, Rita, Ediane, Ângela (Diva), Sabrina e Greyce. O meu muito obrigado às atuais mestrandas do LAEQUI: Alejandra, Arlete, Fabi, Michele e Valesca, pelo convívio, contribuições e conversas científicas e não científicas. Minha gratidão às atuais doutorandas: Ângela (Kraisy) e Thaís, pela parceria e amizade estabelecida. Em especial, à Ana Carolina, obrigado por estar sempre disposta a ajudar o grupo, pela lealdade de sua amizade e por ser uma das responsáveis pela concretização deste trabalho. O meu sincero agradecimento à professora Maria Eunice, minha referência na área de ensino de Química, pelas indicações de leituras, correções e contribuições nesta tese. Para mim, os trabalhos desenvolvidos pelo GEPEQ são inspiradores e sinônimos de qualidade! Agradeço aos professores que compuseram a banca examinadora deste trabalho: profª. Jéssie Sudati, profª. Martha Adaime, prof. Élgion Loreto e as profª. Cláudia Barin e Marlene Melo (qualificação), pelas valiosas contribuições que qualificaram meu trabalho..

(6) Também agradeço aos demais professores do PPGECQVS por todas as discussões e ensinamentos e ao Gisandro pela sua disponibilidade e maneira gentil com que me auxiliou na parte burocrática, na qual não tenho muito aptidão. Muito obrigado a todos que participaram como sujeitos desta pesquisa: estudantes, professores da educação básica e universitários. As contribuições de vocês foram de extrema relevância. Expresso minha gratidão às escolas que acolheram esta proposta e oportunizaram a obtenção dos dados na segunda parte da pesquisa, em especial às duas professoras que disponibilizaram seu tempo e suas turmas para a aplicação da SEA ou acompanhamento das classes controles. Profissionais dedicadas que fazem a diferença para o ensino de Química. Minha gratidão aos alunos que aceitaram participar da segunda parte desta pesquisa e se empenharam a cada atividade desenvolvida. Registro meu obrigado à direção e coordenação do campus Dom Pedrito da UNIPAMPA, que permitiu com que dedicasse parte do meu tempo à realização desse trabalho. Agradeço aos meus “prezados” colegas do curso de Licenciatura em Ciências da Natureza (LCN): Jéssie, Janaína, Franciele, Guilherme, Crisna, Leonardo e Rafael, pelos agradáveis momentos partilhados e por estarem na torcida pelo meu sucesso. Obrigado pela compreensão nos meus dias de afastamento. Também agradeço aos meus alunos da LCN, em particular à Renata, minha primeira aluna de IC, por colaborar de maneira tão dedicada com este trabalho. Também agradeço às minhas primeiras alunas de TCC, Ticiane e Bianca, pelas diversas trocas que a orientação nos proporcionou e pela alegria de dividirmos o gosto pelo ensino de Química. Gostaria de agradecer aos que me “aturam” fora do ambiente acadêmico. O meu muito obrigado aos meus pais, Carmem e José, pela educação, incentivo, ajuda a cada dificuldade e por sempre acreditarem que eu conseguiria. Agradeço aos meus irmãos, Vinícius, Fabrícius e Cássius, e a minha sobrinha “preferida” Flavinha, pelo companheirismo e por celebrarem minhas conquistas. À Andressa, agradeço por todo amor, paciência, compreensão e por ser essa pessoa tão especial e maravilhosa! Obrigado por dividir comigo todas as alegrias e me auxiliar em todos os obstáculos, além das ajudas acadêmicas. É muito bom ter ao lado uma pessoa com tamanha sabedoria. O meu muito obrigado a todos os meus familiares (tios e primos), em especial ao Gui e à Gabi, primos de sangue e irmãos de coração, com quem divido o meu cotidiano em Santa Maria e fazem meus dias mais alegres. Acrescento aos meus agradecimentos a família da Andressa (tios e primos), em especial à Vó Dilene, à Andrea, ao Beto, à Ane, á tia Márcia, ao Adair e ao Arthur, pela amizade, acolhimento e torcida! Por fim, agradeço a Deus por ter permitido que tudo isso acontecesse. Tenho muito sorte e sou muito feliz por tê-los como amigos. Muito obrigado por fazerem parte da minha história!.

(7) Em nossa vida, toda a vez que iniciamos uma nova jornada, os obstáculos a serem vencidos são muitos e, muitas vezes, parecem ser intransponíveis. Isto acontece desde que nascemos! Já em nosso primeiro ano de vida, começamos aprender a andar. Tropeçamos, caímos, levantamos... mas aprendemos. [...] Saber estrutura atômica e ligação química em nossa vida profissional, é comparável ao saber andar em nossa vida pessoal. Tropeçamos, caímos, levantamos... mas aprendemos. Pedro Faria dos Santos Filho.

(8) RESUMO LIGAÇÕES QUÍMICAS: INVESTIGAÇÃO DA CONSTRUÇÃO DO CONHECIMENTO NO ENSINO MÉDIO. AUTOR: Maurícius Selvero Pazinato ORIENTADORA: Mara Elisa Fortes Braibante. As ligações químicas constituem a base para a compreensão da formação e do comportamento das substâncias presentes no cotidiano. O foco de investigação desta pesquisa foi o ensino e a aprendizagem das ligações químicas no ensino médio e os objetivos principais foram realizar um diagnóstico de como o conteúdo está sendo desenvolvido neste nível, bem como investigar o processo de construção do conhecimento pelos estudantes da 1ª série do ensino médio, por meio de uma Sequência de Ensino e Aprendizagem (SEA) e do ensino tradicional. Para alcançar tais objetivos, esta pesquisa foi desenvolvida em duas partes. Na primeira parte, foram realizadas três investigações que forneceram indícios do tratamento dado às ligações químicas no ensino médio. Seguindo princípios da pesquisa qualitativa, os dados foram coletados por meio de instrumentos elaborados a partir de orientações descritas pela literatura ou para os fins específicos de cada investigação. Nesta parte da pesquisa, investigou-se: - as concepções sobre ligações químicas de 124 estudantes da 1ª série do ensino médio de duas escolas públicas e uma privada da região de Santa Maria, RS, que já tinham estudado o tópico formalmente em sala de aula; - a abordagem das ligações químicas nos livros didáticos (PNLD 2015-2017), por intermédio da análise dos capítulos referentes ao tópico de cada obra; - a percepção de quatro professores do nível médio e dois professores universitários sobre o ensino de ligações químicas. Os resultados obtidos forneceram o seguinte panorama: os tópicos estabilidade química e natureza das interações entre átomos e íons estão sendo desenvolvidos de forma inadequada, por meio de modelos que provocam distorções conceituais. Além disso, a metodologia tradicional predomina nas aulas e o ensino está pautado na transmissão de conteúdos com auxílio do livro didático. Baseado nisso, foram planejadas e desenvolvidas intervenções com enfoque no estudo da estabilidade química fundamentado em aspectos energéticos e no modelo eletrostático para cada tipo de ligação interatômica. Na segunda parte da pesquisa, a investigação da construção do conhecimento em ligações químicas ocorreu mediante o acompanhamento de quatro turmas da 1ª série do ensino médio, totalizando 50 sujeitos. O conteúdo foi desenvolvido pelos professores regentes em duas turmas por meio da SEA e nas outras duas pelo método tradicional. Para a análise dos dados, considerou-se a teoria de Bachelard e quatro dimensões, que são: estabilidade química, ligação iônica, ligação covalente e ligação metálica. Inicialmente, as concepções dos estudantes em cada dimensão foram avaliadas em zonas filosóficas e posteriormente, em níveis hierárquicos. Ao final da pesquisa, foi traçado um perfil epistemológico para cada estudante a partir da avaliação das dimensões consideradas. O acompanhamento das ideias dos estudantes, dos dois contextos, ao longo do estudo das ligações químicas revelou que a construção do conhecimento se deu pela superação de obstáculos epistemológicos atrelados às zonas filosóficas realista e empirista. Detectou-se que a maior parte dos estudantes do contexto da SEA (55,2%) e tradicional (66,6%) apresentou um perfil majoritariamente racionalista ao final da pesquisa. Os resultados sugerem que existe relação entre a zona do perfil epistemológico e a capacidade de transição entre os níveis de representação da matéria, visto que as explicações que relacionaram, simultaneamente, os níveis macroscópico, submicroscópico e simbólico foram emitidas por estudantes que apresentaram perfis racionalistas. Além disso, observou-se uma vantagem da SEA, em relação ao contexto tradicional, quanto à aptidão dos estudantes em empregar concomitantemente os três níveis de representação. Por fim, este estudo evidenciou que é importante clareza teórica em relação aos modelos curriculares e planejamento didático para que se obtenham resultados satisfatórios no ensino de ligações químicas. Palavras-chave: Ligações químicas. Construção do conhecimento. Perfil epistemológico..

(9) ABSTRACT CHEMICAL BONDS: INVESTIGATION OF THE KNOWLEDGE CONSTRUCTION IN HIGH SCHOOL. AUTHOR: Maurícius Selvero Pazinato ADVISOR: Mara Elisa Fortes Braibante. Chemical bonds form the basis for understanding the formation and behavior of the substances in everyday life. The investigation focus of this survey was the teaching and learning of chemical bonds in high school, and the main objectives were to make a diagnosis of how the content is being developed at this level, as well as to investigate the process of knowledge construction by the students of the 1st year of high school, through a Teaching-Learning Sequence (TLS) and traditional teaching. In order to achieve such objectives this survey was conducted in two parts. In the first part there were three investigations which provided evidence of the importance given to chemical bonds in high school. Following the principles of qualitative survey the data were collected using instruments made from guidelines described in the literature or for the specific purposes of each investigation. In this part of the study we investigated: - the concepts of chemical bonds of 124 students of the 1st year of high school from two public schools and a private school in the region of Santa Maria, RS, who had already studied the topic formally in class; - The approach of the chemical bonds in textbooks (PNLD 2015-2017), through the analysis of chapters related to the topic of each title - The perception of four high school teachers and two professors about the chemical bonds education. The results provided the following picture: the topics chemical stability and nature of the interaction between atoms and ions are being developed inappropriately, by using models that cause conceptual distortions. Moreover, the traditional method prevails in class and teaching is focused on the transmission of content with the help of the textbook. Based on this, interventions were planned and developed focusing on the study of the chemical stability based on energy aspects and the electrostatic model for each type of interatomic bond. In the second part of the survey, the investigation of knowledge construction in chemical bonds occurred by monitoring four classes of the 1st year of high school, in a total of 50 subjects. The content was developed by school teachers in two classes through the TLS and the other two by the traditional method. For data analysis, it was considered Bachelard theory and four dimensions, which are: chemical stability, ionic bond, covalent bond, metallic bond. Initially, the conceptions of the students in each dimension were evaluated in philosophical areas and later in hierarchical levels. At the end of the survey, it was drawn an epistemological profile for each student from the assessment of the considered dimensions. Monitoring the ideas of the students, from the two contexts, throughout the study of chemical bonds revealed that the construction of knowledge happened by overcoming epistemological obstacles linked to realistic and empiricist philosophical areas. It was observed that most of the students from the TLS context (55,2%) and traditional (66,6%) had primarily a rational profile at the end of the survey. The results suggest that there is a relationship between the area of epistemological profile and the capacity of transition between the levels of representation of matter, as the explanations related simultaneously the macroscopic, submicroscopic and symbolic levels were given by the students who had rationalists profiles. In addition, there was an advantage of TLS in relation to the traditional context, related to the aptitude of the students to employ the three levels of representation at the same time. Finally, this study showed that it is important to have theoretical explicitness regarding the curriculum models and educational planning in order to obtain satisfactory results in the chemical bonds education. Keywords: Chemical bonds. Knowledge Construction. Epistemological profile..

(10) SUMÁRIO INTRODUÇÃO............................................................................................................................... 11 CAPÍTULO 1 - TÓPICOS RELEVANTES PARA O ENSINO DE LIGAÇÕES QUÍMICAS ........................................................................................................ 19 1.1 VISÃO GERAL SOBRE O ENSINO E A APRENDIZAGEM DE LIGAÇÕES QUÍMICAS......................................................................................................................... 19 1.2 OS ESTUDANTES COMO FOCO DE PESQUISA ...................................................... 22 1.3 OS LIVROS DIDÁTICOS COMO FOCO DE PESQUISA .......................................... 37 1.4 OS PROFESSORES COMO FOCO DE PESQUISA ..................................................... 45 CAPÍTULO 2 - RESGATE HISTÓRICO DA CONSTRUÇÃO DO CONHECIMENTO EM LIGAÇÕES QUÍMICAS E A NOÇÃO DO PERFIL EPISTEMOLÓGICO ...................................................................... 53 2.1 BREVE HISTÓRICO DA CONSTRUÇÃO DO CONHECIMENTO EM LIGAÇÕES QUÍMICAS......................................................................................................................... 53 2.2 LIGAÇÕES QUÍMICAS INTERATÔMICAS NO ENSINO MÉDIO: NATUREZA E MODELOS CURRICULARES ......................................................................................... 69 2.3 PERFIL EPISTEMOLÓGICO: INTRODUÇÃO ÀS IDEIAS DE BACHELARD...... 73 CAPÍTULO 3 - DESENVOLVIMENTO DA PESQUISA ................................................. 81 3.1 METODOLOGIA DA PESQUISA ................................................................................. 81 UNIDADE I – LIGAÇÕES QUÍMICAS NO ENSINO MÉDIO ..................................... 84 I.1 CONCEPÇÕES DE ESTUDANTES SOBRE LIGAÇÕES QUÍMICAS APÓS O ENSINO FORMAL ........................................................................................................... 84 I.1.1 Percurso metodológico ................................................................................................ 85 I.1.2 Análise dos dados ................................................................................................................. 88 I.1.2.1 Dimensão Estabilidade química ........................................................................................... 89 I.1.2.2 Dimensão Reconhecimento dos tipos de ligações químicas .............................................. 91 I.1.2.3 Dimensão Natureza das ligações químicas ......................................................................... 91 I.1.3 Apresentação e discussão dos resultados ..................................................................... 92 I.1.3.1 Estabilidade química .............................................................................................................. 92 I.1.3.2 Tipos de ligações químicas .................................................................................................. 100 I.1.3.3 Natureza das ligações químicas .......................................................................................... 102 I.2 ABORDAGEM DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS NOS LIVROS DIDÁTICOS............ 110 I.2.1 Método de análise dos LD ............................................................................................... 111 I.2.1.1 Tratamento do tópico ligação química nos LD ................................................................. 112 I.2.1.2 Abordagem conceitual e representação .............................................................................. 112 I.2.1.3 Recursos visuais ................................................................................................................... 115 I.2.2 Apresentação e discussão do resultados ..................................................................... 119 I.2.2.1 Tratamento do tópico ligações químicas pelos LD ........................................................... 119 I.2.2.2 Abordagem conceitual e representação .............................................................................. 126 I.2.2.3 Recursos visuais ................................................................................................................... 134 I.3 PERCEPÇÃO DOS PROFESSORES DOS NÍVEIS MÉDIO E SUPERIOR SOBRE O ENSINO DE LIGAÇÕES QUÍMICAS ................................................................................ 144 I.3.1 Entrevista com professores do ensino médio ............................................................ 146 I.3.2 Entrevista com professores universitários .................................................................. 147 I.3.3 Análise dos dados ............................................................................................................... 147 I.3.4 Apresentação e discussão dos resultados ................................................................... 151.

(11) I.3.4.1 Investigação com os professores do ensino médio ............................................................ 151 I.3.4.2 Investigação com os professores universitários ................................................................ 164 I.4 SÍNTESES DOS RESULTADOS E IMPLICAÇÕES PARA A PESQUISA ............... 165 UNIDADE II - A CONSTRUÇÃO DO CONHECIMENTO EM LIGAÇÕES QUÍMICAS NO ENSINO MÉDIO .......................................................... 167 II.1 CONTEXTO DA APLICAÇÃO.......................................................................................... 168 II.1.1 Sequência de Ensino e Aprendizagem....................................................................... 170 II.1.1.1 Alicerce teórico .................................................................................................................... 170 II.1.1.2 Elaboração da SEA ............................................................................................................. 173 II.1.1.3 Descrição da SEA ............................................................................................................... 179 II.1.1.3.1 Eixo 1: Energia ............................................................................................................... 179 II.1.1.3.2 Eixo 2: Ligação iônica .................................................................................................. 182 II.1.1.3.3 Eixo 3: Ligação covalente ........................................................................................... 185 II.1.1.3.4 Eixo 4: Ligação metálica ............................................................................................. 190 II.1.2 Ensino Tradicional ............................................................................................................ 192 II.2 COLETA DE DADOS............................................................................................................ 193 II.3 SUJEITOS DA PESQUISA ................................................................................................... 194 II.3.1 Sujeitos do contexto da SEA .......................................................................................... 195 II.3.2 Sujeitos do contexto tradicional ................................................................................... 196 II.3.3 Codificação dos Sujeitos da pesquisa ........................................................................ 197 II.4 MÉTODO DE ANÁLISE DOS DADOS ........................................................................... 197 II.5 APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ........................................... 209 II.5.1 Dimensão - Estabilidade química ................................................................................ 209 II.5.1.1 Emersão de categorias ........................................................................................................ 209 II.5.1.2 Classificação das categorias em zonas filosóficas e níveis.............................................. 222 II.5.2 Dimensão – Ligação iônica ............................................................................................. 231 II.5.2.1 Emersão de categorias ........................................................................................................ 231 II.5.2.2 Classificação das categorias em zonas filosóficas e níveis.............................................. 249 II.5.3 Dimensão – Ligação covalente ...................................................................................... 257 II.5.3.1 Emersão de categorias ........................................................................................................ 257 II.5.3.2 Classificação das categorias em zonas filosóficas e níveis.............................................. 274 II.5.4 Dimensão – Ligação metálica ........................................................................................ 282 II.5.4.1 Emersão de categorias ........................................................................................................ 282 II.5.4.2 Classificação das categorias em zonas filosóficas e níveis.............................................. 295 II.5.5 Construção do perfil epistemológico para as ligações químicas ...................... 302 II.5.5.1 Contexto da SEA ................................................................................................................ 302 II.5.5.2 Contexto tradicional ........................................................................................................... 307 II.6 SÍNTESE DOS RESULTADOS............................................................................................ 310 CAPÍTULO 4 - CONSIDERAÇÕES FINAIS ...................................................................... 313 REFERÊNCIAS.............................................................................................................................. 321 APÊNDICE A - INSTRUMENTO INVESTIGATIVO .................................................... 333 APÊNDICE B – ROTEIRO DAS ENTREVISTAS COM OS PROFESSORES ........ 334 APÊNDICE C – QUESTIONÁRIO A .................................................................................... 335 APÊNDICE D – QUESTIONÁRIO B .................................................................................... 337 APÊNDICE E – ROTEIRO DA ATIVIDADE EXPERIMENTAL “ENERGIA ENVOLVIDA NA FORMAÇÃO E ROMPIMENTO DAS LIGAÇÕES QUÍMICAS” ........................................................................... 338 APÊNDICE F – TEXTOS DISPONIBILIZADOS AOS ESTUDANTES .................... 339.

(12) APÊNDICE G – QUESTIONÁRIO C .................................................................................... 342 APÊNDICE H – QUESTIONÁRIO D.................................................................................... 343 APÊNDICE I – EXERCÍCIO REFERENTE À FORMAÇÃO DE ÍONS ...................... 344 APÊNDICE J – TESTE DO MODELO CONSTRUÍDO PARA O CLORETO DE SÓDIO A PARTIR DE EVIDÊNCIAS EMPÍRICAS ......................... 345 APÊNDICE K – ENERGIA LIBERADA NA FORMAÇÃO DE UMA LIGAÇÃO NO HCl E NaCl E ENERGIA LIBERADA NA FORMAÇÃO DA SUBSTÂNCIA CLORETO DE SÓDIO SÓLIDO ............................... 346 APÊNDICE L – TEXTO SOBRE RETÍCULO CRISTALINO ........................................ 347 APÊNDICE M – EXERCÍCIO PARA O ESTUDO DA ENERGIA RETICULAR ... 348 APÊNDICE N – MATERIAL CORRESPONDENTE AO CICLO DE BORN-HABER E AS PROPRIEDADES DAS SUBSTÂNCIAS IÔNICAS .............. 349 APÊNDICE O – QUESTIONÁRIO E .................................................................................... 351 APÊNDICE P – QUESTIONÁRIO F ...................................................................................... 352 APÊNDICE Q – EXERCÍCIO PARA RELACIONAR AS TEMPERATURAS DE FUSÃO COM O TIPO DE LIGAÇÃO COVALENTE....................... 353 APÊNDICE R – REVISÃO SOBRE ELETRONEGATIVIDADE E EXERCÍCIOS DE DENSIDADE ELETRÔNICA .................................................................... 354 APÊNDICE S – TEXTO SOBRE AS CARACTERÍSTICAS DOS TIPOS DE LIGAÇÃO COVALENTE ........................................................................... 355 APÊNDICE T – TESTE DOS MODELOS CONSTRUÍDOS PARA AS MOLÉCULAS DE H2 E HF E PARA O RETÍCULO CRISTALINO DO NaCl A PARTIR DE EVIDÊNCIAS EMPÍRICAS ..................... 356 APÊNDICE U – MATERIAL DISPONIBILIZADO PARA A ATIVIDADE EXPERIMENTAL “NEM TUDO QUE RELUZ É OURO” ............... 357 APÊNDICE V – SOLVATAÇÃO E CARÁTER DAS LIGAÇÕES............................... 358 APÊNDICE W – QUESTIONÁRIO G ................................................................................... 359 APÊNDICE X – QUESTIONÁRIO H .................................................................................... 360 APÊNDICE Y – MATERIAL DISPONIBILIZADO PARA A ATIVIDADE DE MODELAGEM “UM MODELO DE INTERAÇÃO ENTRE ÁTOMOS METÁLICOS” ........................................................................... 361 APÊNDICE Z – MATERIAL DISPONIBILIZADO PARA A ATIVIDADE EXPERIMENTAL “VERIFICAÇÃO DA CONDUÇÃO DE CORRENTE ELÉTRICA”............................................................................ 362 APÊNDICE AA – TEXTO SOBRE AS PROPRIEDADES DOS SÓLIDOS IÔNICOS, COVALENTES E METÁLICOS ......................................... 363 APÊNDICE AB – MATERIAL DISPONIBILIZADO PARA A ATIVIDADE EXPERIMENTAL “APLICANDO UMA FORÇA EM DIFERENTES SÓLIDOS” ....................................................................................................... 364 APÊNDICE AC – QUESTIONÁRIO FINAL EIXO LIGAÇÃO METÁLICA ........... 365 APÊNDICE AD – QUESTIONÁRIO J .................................................................................. 366 APÊNDICE AE – RESULTADO DA CLASSIFICAÇÃO INDIVIDUAL DAS RESPOSTAS DOS SUJEITOS DO CONTEXTO DA SEA EM CATEGORIAS ................................................................................................ 368 APÊNDICE AF – RESULTADO DA CLASSIFICAÇÃO INDIVIDUAL DAS RESPOSTAS DOS SUJEITOS DO CONTEXTO TRADICIONAL EM CATEGORIAS........................................................................................ 369 ANEXO 1 – DIAGRAMA MODELO DE MODELAGEM ............................................. 370.

(13) 11. INTRODUÇÃO O estudo da matéria, suas propriedades e transformações estão alicerçados no conhecimento de dois conteúdos considerados fundamentais na Química: estrutura da matéria e ligações químicas. Não há como entender a constituição e os fenômenos da natureza, sob a óptica da Ciência, sem ter uma noção dos conceitos e das leis que regem a estrutura dos átomos e as formas como se ligam. Proporcional à importância destes conteúdos é a complexidade dos mesmos, que além de abstratos, exigem a transição entre os diferentes níveis de representação da matéria: macroscópico, submicroscópico e simbólico (JOHNSTONE, 1993, 2000). O verdadeiro sentido de aprender conteúdos de Química, como estrutura atômica e ligações químicas, está relacionado à capacidade de associar estes três níveis na interpretação de fatos cotidianos. De acordo com Casado e Raviolo (2005, p. 36, tradução nossa) “[...] saber química é poder aplicar os níveis macroscópico, submicroscópico e simbólico, de uma forma relacionada, no estudo de um fenômeno”. Apesar do entendimento desses tópicos proporcionarem a compreensão do mundo e do cotidiano de uma maneira mais clara, algumas pesquisas (MELO, 2002; MENDONÇA; JUSTI, 2009a, 2009b) advertem para a maneira como estão sendo desenvolvidos os conteúdos básicos da Química no ensino médio. Dentre as principais críticas, destacam-se o emprego de uma linguagem fragmentada envolvendo conceitos inadequadamente conectados, bem como uma abordagem aproblemática e sem a utilização de modelos apropriados que permitam o entendimento desses tópicos a luz dos níveis de representação de matéria. Dentro deste contexto, optou-se pelo tema ligações químicas como foco de investigação neste trabalho. Esta escolha justifica-se por considerá-lo imprescindível para o estudo da Química em qualquer nível de ensino, além de sua compreensão proporcionar um melhor entendimento das transformações que ocorrem no cotidiano. Em consonância com isso, Santos Filho (2007) alerta que é necessário se familiarizar com o conceito de ligação química, pois o considera um dos mais importantes, senão o mais importante dentro da Química. O autor afirma que:.

(14) 12. Sabendo o seu significado e suas implicações, poderemos entender a razão da existência de certos compostos bem como a inexistência de outros; por que ocorre uma reação química e qual é o caminho segundo o qual a mesma ocorre; por que certas espécies são solúveis em determinados solventes enquanto que outras não; por que alguns sólidos são condutores de eletricidade e calor e outros não; como agem os sabões e os detergentes; por que certos compostos são coloridos e por que os indicadores mudam de cor dependendo do meio em que se encontram; por que algumas substâncias são extremamente nocivas à saúde podendo inclusive serem fatais. Enfim, o perfeito conhecimento da natureza da ligação química nos permite observar o mundo que nos cerca de uma maneira muito mais clara (SANTOS FILHO, 2009, p. 13).. Além disso, acredita-se que é preciso dispensar maior atenção para o desenvolvimento dos conceitos relacionados às ligações químicas no ensino médio. Ao final deste nível de ensino, segundo os documentos oficiais, o estudante deve compreender as ligações químicas como resultantes de interações eletrostáticas entre átomos, moléculas ou íons de forma a se obter uma maior estabilidade, além de utilizar a teoria quântica para uma interpretação mais completa das ligações e propriedades químicas (BRASIL, 2002, 2006). Ao concluir o ensino médio, o estudante deverá ser capaz de “relacionar as propriedades macroscópicas das substâncias e as ligações químicas entre seus átomos, moléculas ou íons” (BRASIL, 2002, p. 98). Entretanto, a literatura da área de ensino de Química revela que as abordagens das ligações químicas no nível médio, e em outros níveis de ensino, não estão correspondendo às expectativas descritas pelos documentos oficiais. Alguns resultados, obtidos em outras pesquisas, mostram que os estudantes:. - não apresentam justificativas plausíveis e relacionadas com os aspectos energéticos. para. explicar. a. estabilidade. de. compostos. químicos. (MORTIMER; MOL; DUARTE, 1994; TABER, 2000; FRANCO; RUIZ, 2006);. - confundem os principais tipos de ligações interatômicas (TAN; TREAGUST, 1999;. FERNANDEZ;. MARCONDES,. MARCELINO JÚNIOR, 2010);. 2006;. FERNANDES;. CAMPOS;.

(15) 13. - não compreendem a natureza dos diferentes tipos de ligação química. Para eles a ligação iônica ocorre devido à transferência de elétrons, a ligação covalente pelo compartilhamento de elétrons e a metálica pela transferência ou compartilhamento de elétrons (SOLBES; VILCHES, 1991; MENDONÇA; JUSTI, 2009a);. - não possuem modelos condizentes com os aceitos cientificamente, que os permitam entender os conceitos abstratos desse tópico (CARVALHO; JUSTI, 2005a; MENDONÇA, 2008; LIMA; NÚÑEZ, 2012);. - durante as representações das ligações químicas, não diferem retículos cristalinos de moléculas, sendo que o modelo molecular é mais utilizado (DE POSADA, 1999; RIBOLDI; PLIEGO; ODETTI, 2004; MENDONÇA; JUSTI, 2009a, 2009b);. - não relacionam os aspectos macroscópicos e as propriedades dos compostos com a representação submicroscópica referente às ligações químicas (COLL; TREAGUST, 2003a).. Os resultados dessas investigações são considerados indícios de que o ensino e a aprendizagem do conteúdo de ligações químicas não estão ocorrendo de forma eficaz. Ainda, reforçam a tese de que o tópico possui grande potencial para gerar concepções equivocadas ou alternativas aos modelos científicos. Essas constatações apontam para a necessidade de mais pesquisas sobre o tema em questão. As ligações químicas podem ser interpretadas por diferentes teorias e abordagens. As primeiras menções dentro da Química sobre a maneira como os átomos se ligam são do século XIX, quando a partir das ideias da lei da conservação da matéria de Lavoisier (1743-1794), foram enunciadas a lei das proporções definidas de Joseph Proust (1754-1826) e os equivalentes de ácidos e bases que se combinam em reações de neutralização propostos por Jeremias Richter (1762-1807) (BEZERRA; SILVA, 2001). Esses acontecimentos impulsionaram muitos estudos e a partir daí.

(16) 14. foram sendo acrescentadas noções de natureza elétrica, da física clássica e da quântica à teoria das ligações químicas, até chegar ao modelo atualmente aceito pela comunidade científica. Durante o período histórico de evolução da teoria das ligações químicas foram utilizadas diferentes representações e modelos fundamentados em dois aportes científicos: a física clássica e a quântica. Com isso, uma diversidade de representações foi sendo empregada no ensino, muitas vezes, sem um devido cuidado do professor ou dos materiais didáticos. Fernandez e Marcondes (2006) alertam para esse problema quando afirmam que. [...] tanto nos textos como em sala de aula, os átomos e as moléculas são representados de muitas maneiras: como círculos, bolas, núcleo e camadas, bolas separadas ou juntas etc. Os autores desses textos e os professores provavelmente supõem que os alunos compreendem facilmente o que isso significa (diferentes modelos com diferentes propósitos) (FERNANDEZ; MARCONDES, 2006, p. 23).. O tópico ligações químicas constitui um campo conceitual vasto e que apresenta diferentes significados em contextos específicos. A partir desta premissa, buscaram-se aportes teóricos para auxiliar na interpretação da construção do conhecimento em ligações químicas no nível médio. A teoria de Bachelard (18841962) parece fornecer uma ferramenta com esse potencial: o perfil epistemológico. Bachelard (2009) considera que um conceito científico pode ser interpretado sob vários pontos de vista. O perfil epistemológico contempla as diversas concepções de um mesmo conceito, que coexistem e se manifestam em diferentes intensidades. Ao elaborar um perfil sobre as ligações químicas, colocam-se as concepções cotidianas e os conceitos da física clássica e quântica lado a lado, podendo comparar as ideias de cada zona filosófica. Nesta perspectiva, para Bachelard (2009) o conhecimento progride filosoficamente do realismo para o empirismo, desse para o racionalismo. O progresso científico deriva de uma evolução conceitual complexa, ou seja, de uma hierarquia conceitual. A intenção neste trabalho com o perfil epistemológico é utilizá-lo como uma ferramenta para acompanhar a construção do conhecimento referente às ligações químicas, pelos estudantes do ensino médio. Isso se justifica pelo fato de as ligações.

(17) 15. químicas poderem ser interpretadas por diferentes modelos e teorias, sendo que a discussão deverá surgir em torno do modelo mais apropriado para a interpretação de dado fenômeno. Uma condição que se estabelece para o perfil epistemológico é que os diversos sentidos, significados e concepções convivem juntos, o que se busca, a todo o momento, é a evolução do pensamento químico. Com base no exposto, nota-se que o ensino e a aprendizagem das ligações químicas não são tarefas triviais. Esse tópico, tão essencial para a Química, exige do professor um cuidado durante o seu desenvolvimento, principalmente no que se refere à abordagem das teorias, leis e modelos, precavendo a distorção de conceitos. No tocante aos alunos, a aprendizagem das ligações químicas exige capacidade de abstração, bem como transição entre os níveis de representação da matéria, para que consigam pensar os fenômenos macroscópicos em nível atômico-molecular e representá-los por meio da linguagem química. Neste contexto, a presente pesquisa surgiu do seguinte problema: Como ocorre a construção do conhecimento no nível médio de tópicos relacionados às ligações químicas, tais como estabilidade química e natureza das interações entre átomos e íons, em contextos metodológicos diferentes? Na tentativa de encontrar respostas para essa questão, as seguintes hipóteses foram levantadas: i) A metodologia de ensino influencia significativamente na construção do conhecimento em ligações químicas pelos estudantes do ensino médio. ii) Abordagens diferenciadas, fundamentadas em situações problemas e atividades de modelagem, contribuirão de forma significativa na aprendizagem das ligações químicas. iii) Existe uma relação entre a capacidade de transição entre níveis de representação da matéria e a zona do perfil epistemológico em que se encontram os conceitos de ligações químicas. A partir dessas considerações, os objetivos gerais desta pesquisa são: - Realizar um diagnóstico de como o conteúdo de ligações químicas está sendo desenvolvido no ensino médio;.

(18) 16. - Investigar o processo de construção do conhecimento químico referente às ligações químicas, pelos estudantes da 1ª série do ensino médio, por meio de uma Sequência de Ensino e Aprendizagem e do ensino tradicional em escolas públicas da cidade de Santa Maria, RS. E os objetivos específicos são: - Analisar a abordagem do conteúdo de ligações químicas nos livros didáticos aprovados pelo Programa Nacional do Livro Didático - PNLD (2015-2017); - Realizar um levantamento das ideias de estudantes do ensino médio após o estudo formal do conteúdo de ligações químicas; - Verificar os conceitos abordados e a maneira como é desenvolvido o conteúdo de ligações químicas pelos professores do ensino médio; - Conhecer as expectativas de professores universitários em relação ao conhecimento dos calouros sobre ligações químicas; - Elaborar juntamente com professores da educação básica uma Sequência de Ensino e Aprendizagem fundamentada em situações problemas, bem como em atividades experimentais e de modelagem; - Acompanhar o desenvolvimento do conteúdo de ligações químicas no ensino médio por meio da Sequência de Ensino e Aprendizagem e do ensino tradicional; - Traçar o perfil epistemológico de ligações químicas para cada estudante, a fim de acompanhar sua evolução conceitual; - Identificar os modelos utilizados pelos estudantes na interpretação de problemas à luz da teoria das ligações químicas, relacionados com os níveis de representação da matéria. A fim de sistematizar a apresentação desta pesquisa, a presente tese foi estruturada em quatro capítulos e duas unidades, descritos a seguir. No capítulo 1, “Tópicos relevantes para o ensino de ligações químicas”, é apresentada uma revisão bibliográfica de pesquisas com foco nos estudantes, livros didáticos e professores. É exposta uma visão geral sobre as pesquisas que abordam o ensino e aprendizagem das ligações químicas. Muitos dos trabalhos elencados servirão de suporte teórico para a análise dos dados..

(19) 17. O capítulo 2 “Resgate histórico da construção do conhecimento em ligações químicas e a noção do perfil epistemológico” refere-se à fundamentação teórica. Neste capítulo são expostos alguns fatos marcantes do desenvolvimento histórico do conteúdo de ligações químicas. Além disso, são apresentados os modelos curriculares sugeridos para o ensino médio, bem como a noção do perfil epistemológico segundo a teoria de Bachelard (2009). Esses pressupostos teóricos orientaram a análise dos dados da segunda parte da pesquisa. No capítulo 3, “Desenvolvimento da pesquisa”, é feita uma caracterização da investigação. É apresentado o desenho da pesquisa, que expõe as partes que compõem o estudo, bem como as fontes, os instrumentos e os métodos de análise dos dados. Este capítulo é constituído de duas unidades. A unidade I, “Ligações químicas no ensino médio”, se refere às investigações feitas na primeira parte da pesquisa, que tem por objetivo detectar como o tópico está sendo abordado no nível médio. Esta unidade é composta por três investigações. A unidade II, “A construção do conhecimento em ligações químicas no ensino médio”, corresponde à segunda parte da pesquisa e tem por objetivo investigar a construção do conhecimento em tópicos relacionados ao conteúdo de ligações químicas pelos estudantes da 1ª série do ensino médio. Nesta unidade é descrita a Sequência de Ensino e Aprendizagem (SEA), bem como apresentado o alicerce teórico que fundamentou sua elaboração e aplicação. A análise dos dados foi fundamentada na teoria de Bachelard e ao final foi traçado um perfil epistemológico para cada estudante. No capítulo 4, são apresentadas as “Considerações finais” sobre o estudo desenvolvido e algumas conclusões feitas a partir dos resultados obtidos. Finalmente, encerra-se esta tese com a apresentação das “Referências” e dos materiais complementares que estão dispostos nos “Apêndices” e “Anexo”..

(20) 18.

(21) 19. CAPÍTULO 1 TÓPICOS RELEVANTES PARA O ENSINO DE LIGAÇÕES QUÍMICAS. Este capítulo apresenta uma revisão bibliográfica, realizada a partir da seleção de alguns estudos encontrados na literatura da área, sobre a construção do conhecimento em ligações químicas, que envolvem os estudantes (sujeitos do processo), os professores (práticas e modelos de ensino), bem como os livros didáticos (principal fonte bibliográfica utilizada nas escolas). Alguns dos trabalhos selecionados servirão de suporte teórico para a análise dos dados da primeira parte da pesquisa, organizados na unidade I do capítulo 3 da presente tese. No próximo item é apresentado um panorama das pesquisas que abordam o ensino e a aprendizagem das ligações químicas. Os itens seguintes contemplam investigações com foco nos estudantes, livros didáticos e professores.. 1.1 VISÃO GERAL SOBRE O ENSINO E A APRENDIZAGEM DE LIGAÇÕES QUÍMICAS. As ligações químicas têm sido foco de inúmeras pesquisas na área de ensino de Química. É compreensível que este assunto desperte a curiosidade entre os pesquisadores, visto sua importância e complexidade. As investigações disponíveis na literatura apresentam diferentes enfoques. Alguns trabalhos buscam resgatar a história das ligações químicas e demonstrar o caráter transitório das ideias científicas, como, por exemplo, os de Bezerra e Silva (2001) e Chamizo e Gutiérrez (2004). Outros se propõem a fazer uma revisão de aspectos, conceitos e teorias importantes sobre o tema (TOMA, 1997; DUARTE, 2001; SANTOS FILHO; SALES, 2009). Há ainda as investigações que surgem diretamente dos problemas relacionados ao processo de construção do conhecimento do tópico. Nas investigações desta última perspectiva, que serão enfocadas as discussões neste capítulo. Neste contexto, o trabalho desenvolvido por Fernandes e Campos (2012) fornece uma visão geral das investigações desenvolvidas na área de ensino de.

(22) 20. Química com o mesmo enfoque da presente tese. O referido trabalho apresenta um panorama das pesquisas nacionais e internacionais que abordam o ensino e a aprendizagem das ligações químicas, retratando o cenário atual em que a área se encontra. Para a coleta de dados, foi realizada uma busca nos principais periódicos brasileiros da área de ensino de Ciências, bem como em revistas internacionais de alto impacto em todo mundo. Os artigos encontrados foram analisados nas seguintes categorias: base teórica; metodologia/sujeitos da pesquisa; conteúdo abordado; e resultados obtidos/conclusões. Em relação ao número de artigos encontrados que abordam o ensino e a aprendizagem das ligações químicas, houve um predomínio dos internacionais, que somaram 37 ao total, contra apenas seis trabalhos científicos nacionais. Esse dado da pesquisa de Fernandes e Campos (2012), nos fez refletir a respeito da necessidade de desenvolver mais pesquisas brasileiras sobre esta temática. Além de reforçar a importância da presente investigação. A análise da primeira categoria, base teórica, revelou que a maioria dos artigos (55,8%) adota o referencial construtivista de aprendizagem. Seguido pela teoria dos modelos mentais (16,3%) e as teorias sobre analogias (11,6%). Os resultados referentes à segunda categoria metodologia/sujeitos da pesquisa mostram que em termos de coleta de dados, o questionário e a entrevista são as técnicas mais utilizadas (25,6% para cada, mais 20,9% dos trabalhos utilizam as duas técnicas conjuntas). A análise de livros didáticos aparece com 9,3%, assim como as revisões de literatura sobre as concepções alternativas. Aproximadamente metade das pesquisas (46,5%) utilizam metodologias de análise integradora (qualitativa e quantitativa) e 53,5% são de caráter puramente qualitativo, desta forma, observa-se um predomínio deste tipo de abordagem. Sobre os sujeitos, a maior parte das pesquisas utiliza como amostra alunos do ensino médio, pois 35,5% investigam apenas o processo de ensino e aprendizagem neste nível, 2,3% no ensino médio e superior e 20,9% no ensino médio, superior e pósgraduação. As pesquisas que investigam apenas o ensino superior e fundamental correspondem, respectivamente, a 13,9% e 2,3%..

(23) 21. A terceira categoria, conteúdo abordado, mostra que um grande número de artigos (39,5%) se preocupa em identificar as concepções alternativas dos estudantes. 14% abordam os modelos mentais, 11,6% os aspectos didáticos e curriculares das ligações químicas, 11,6% o ensino por analogias, 9,3% a análise em livros didáticos, 7% o computador como instrumento didático e apenas 4,7% novas metodologias de ensino. Esse último dado ilustra que poucas pesquisas se propõem a desenvolver propostas didáticas para a abordagem das ligações químicas, o que reflete na falta de alternativas disponíveis na literatura para o professor. Com o propósito de contribuir nesta perspectiva, neste trabalho foi elaborada, em parceria com os professores da educação básica, uma sequência de ensino e aprendizagem para o desenvolvimento do tópico na primeira série do ensino médio, que será apresentada na unidade II do capítulo 3. Na última categoria, resultados e conclusões dos artigos, Fernandes e Campos (2012) apresentam uma síntese das contribuições das pesquisas investigadas para a área de ensino de Química, da qual se destacam alguns trechos:. [...] as concepções alternativas dos alunos constituem um obstáculo significativo na aprendizagem do tema ligação química [...]. Em relação aos modelos mentais, as pesquisas identificaram que os modelos utilizados pelos professores precisam estar adequados ao nível dos alunos e que os alunos preferem os modelos mais simples. [...] a analogia deve favorecer a aprendizagem e que o uso de analogias inadequadas contribui para o surgimento de concepções alternativas. A análise dos livros didáticos mostrou que esse recurso precisa ser reformulado em relação ao tema ligação química. [...] sugerem uma mudança no currículo e na forma como o tema ligação química é ensinado atualmente. Os estudos que utilizaram o computador como instrumento didático obtiveram êxito nas investigações [...]. As investigações que adotaram novas metodologias (Aprendizagem Cooperativa Jigsaw e Unidades Didáticas) tiveram bons resultados e as recomendam para o ensino de ligação química (FERNANDES; CAMPOS, 2012, p. 161).. As pesquisas analisadas retratam o cenário atual do processo de ensino e aprendizagem das ligações químicas, evidenciando que as discussões sobre o tema estão longe de serem esgotadas. Pelo exposto, fica evidente que o tópico necessita de novas contribuições para que se possa avançar na qualidade do ensino de Química..

(24) 22. 1.2 OS ESTUDANTES COMO FOCO DE PESQUISA. Há muitas pesquisas que buscam conhecer as concepções dos estudantes sobre as ligações químicas. Dentro deste contexto, Fernandez e Marcondes (2006) realizaram uma revisão na literatura, com o intuito de alertar os professores de todos os níveis de ensino, sobre quais são as ideias mais comuns que surgem na abordagem desse tópico. As principais concepções detectadas pelas autoras foram: confusão entre ligação iônica e covalente; os compostos iônicos são vistos como entidades discretas, sem retículos cristalinos; as ligações covalentes são fracas; os elétrons são compartilhados igualmente em qualquer ligação covalente; confusão entre ligação covalente e forças inter e intramoleculares; as ligações seriam formadas apenas para satisfazer a regra do octeto; as ligações são rompidas durante uma mudança de estado físico; não há movimento dos elétrons numa ligação; os elétrons de uma ligação pi se movimentam realizando uma figura de um oito ao redor do núcleo; entre outras. As autoras também alertam para a importância do conhecimento prévio pelo professor, das principais dificuldades dos estudantes nesse tópico, pois facilita a proposição de metodologias específicas para tentar superá-las. Tan e Treagust (1999) avaliaram o entendimento dos conceitos relacionados às ligações químicas de 119 estudantes de Singapura, com idades entre 14-15 anos, por meio da aplicação de um instrumento diagnóstico de múltipla escolha. Cada questão era composta por duas partes, sendo que na primeira a escolha deveria ser feita a partir de duas opções (por exemplo, verdadeiro/falso ou covalente/iônica), e a segunda parte questionava sobre a razão da escolha feita anteriormente, tendo o estudante quatro alternativas para optar (por exemplo, a alternativa de letra a dizia “o átomo de sódio compartilha um par de elétrons com o átomo de cloro para formar uma molécula simples”, tradução nossa, p. 82). Dentre as discussões realizadas, ressalta-se a confusão dos estudantes entre a ligação covalente e iônica, pois apenas 16,7% deles marcaram a opção que afirma que o cloreto de sódio forma um retículo cristalino. Neste contexto, os autores enfatizam problemas durante a explicação dos professores em sala de aula, que representam a.

(25) 23. ligação iônica como sendo a ligação de um único átomo de sódio com um átomo de cloro, deixando para mais tarde a abordagem do retículo cristalino (TAN; TREAGUST, 1999). Este é um ponto interessante de ser ressaltado, pois pode levar muitos estudantes a pensar, por exemplo, que na estrutura do cloreto de sódio ocorre uma única ligação iônica, além de potencializar a confusão entre a formação de retículo cristalino e de molécula. O estudo de De Posada (1999) apresenta as concepções de estudantes espanhóis (15-18 anos), de diferentes níveis de ensino do país, antes, durante e depois do ensino formal de ligação química. O instrumento investigativo foi aplicado a 309 estudantes, sendo que parte deles não havia estudado formalmente o conteúdo e o restante possuía diferentes níveis de conhecimento sobre o assunto, pois estavam em. séries. distintas.. Os. aspectos. considerados. nesta. investigação. foram:. continuidade/descontinuidade da matéria, substâncias moleculares, substâncias iônicas e interpretação de fórmulas químicas. Os resultados mostram que a ideia de continuidade da matéria nos gases diminui com o aumento do nível de escolaridade. Aproximadamente 20% dos participantes da pesquisa com menor grau de instrução desenharam os átomos que compõem o gás oxigênio unidos uns aos outros, sem deixar espaços entre eles, apresentando uma visão contínua da matéria. Para os níveis mais avançados, este tipo de representação caiu drasticamente. Quase metade dos estudantes que estavam tendo as primeiras noções em Química representaram os átomos, em fase gasosa, por círculos localizados a certa distância uns dos outros. Inclusive alguns desenharam setas em todas as direções para indicar um movimento desordenado das partículas. Dentre os estudantes que possuíam mais instrução, este número subiu para praticamente 80% dos que estavam em uma série de nível intermediário e 93% dos que estavam mais adiantados. Considerando que a noção de ligação química depende do entendimento de vários conceitos, como o de átomo, estes dados obtidos pelo estudo de De Posada (1999) demonstram que o ensino formal conseguiu avanços no que se refere à ideia de descontinuidade da matéria. Outro ponto relevante desta parte do estudo, é que elucida a importância da noção da descontinuidade da matéria para o.

(26) 24. estabelecimento de relações entre os seus níveis de representação, ou seja, macroscópico, submicroscópico e o simbólico. Sobre o segundo aspecto investigado, substâncias moleculares, o autor ressalta que apesar de compreenderem que certas substâncias gasosas são moleculares, a natureza da ligação covalente é um problema para a maioria dos estudantes que já estudaram este tema em aula. Os que ainda não haviam começado o estudo formal das ligações químicas acreditavam que existiam forças atrativas eletrostáticas, ou de outra natureza não mencionada, entre os átomos da ligação. Para os estudantes mais avançados, a união ocorria devido à ligação covalente, sem apresentarem maiores detalhes sobre sua natureza. O autor levanta duas possíveis explicações para este problema, que estão relacionadas à forma como os livros textos e os professores abordam o tópico. A primeira está associada à introdução das estruturas de Lewis, que apesar de sua importância didática para o estudo das ligações covalentes, podem estar passando a ideia de que o compartilhamento de elétrons é o fator que justifica a atração entre os átomos. A segunda explicação se refere ao momento em que se apresenta a força eletrostática, no qual é ressaltado que esta é responsável pela união dos íons na ligação iônica. E para o compartilhamento de elétrons na ligação covalente, provavelmente se passa para os alunos a ideia que esta última se trata de uma nova força (DE POSADA, 1999). Na análise referente às substâncias iônicas, o autor percebeu que a relação entre os átomos com os seus íons não é evidente para os estudantes, bem como as propriedades que estes provocam no mundo macroscópico. A ideia de íon não é facilmente assimilada, pois nenhum dos alunos com menor grau de instrução utilizou esta noção em suas explicações. Somente 27% e 37% dos estudantes dos níveis intermediário e mais avançado fizeram menção aos íons. O autor afirma que existem razões psicológicas, epistemológicas e didáticas que podem explicar este fenômeno. As psicológicas se referem à necessidade do que o autor chama de diferenciação progressiva de Novak e Gowin (1984 apud DE POSADA, 1999, p. 240). Nesta abordagem, é utilizada a ideia de que o conceito de íon poderia confundir-se.

(27) 25. com o de átomo, com quem tem certa semelhança a julgar pela utilização indiferenciada de muitos alunos. As razões epistemológicas explicam que para vários estudantes, átomos e íons não possuem muitas diferenças de comportamento, sendo que se poderia renunciar do uso da terminologia íon. Alguns alunos creem conseguir explicar a estrutura interna das substâncias iônicas pela alternância de seus átomos constituintes, ou ainda, a dissolução destas substâncias em água pela separação de átomos e moléculas. O conceito de íon não é aplicável para os alunos, já que não apresenta a capacidade de resolver novos problemas, pois os mesmos não possuem insatisfações com suas concepções de átomos e moléculas. Sobre as razões didáticas, o autor alerta que são poucos os livros texto de Química que fornecem provas da existência dos íons e os diferenciam dos átomos. A maioria, simplesmente, postula sua existência. Deste modo, a compreensão da estrutura da matéria se torna difícil ou até mesmo incompreensível para muitos estudantes (DE POSADA, 1999). Uma consequência da não compreensão do conceito de íon, para as ligações químicas, é que a estrutura molecular é muito mais utilizada do que a de rede cristalina, mesmo para a representação dos compostos iônicos. De Posada (1999) ainda investigou até que ponto os estudantes utilizam as noções da teoria de ligações químicas para interpretar a estrutura interna das substâncias. 70% dos estudantes que ainda não haviam estudado o tópico não representaram as dez partículas das substâncias solicitadas pelo instrumento. Os que fizeram esta questão apresentaram o cloreto de potássio, nitrogênio e cloreto de hidrogênio na forma molecular e o cálcio na forma atômica. Nenhum aluno deste nível utilizou a noção de estrutura cristalina. Para os estudantes que haviam tido o conhecimento formal sobre o assunto, 11% do nível intermediário e 30% do nível mais avançado não representaram as partículas das substâncias, estes últimos justificaram que fazia muito tempo que tinham visto esta matéria e não se recordavam. Em relação ao nitrogênio e ao cloreto de hidrogênio, o porcentual de representações corretas foi maior que 60% para ambos os casos nos dois níveis. Para o cloreto de sódio e cálcio metálico, pouco mais da metade dos estudantes do nível intermediário e 39% deles representaram estas.

(28) 26. estruturas na forma de rede. Quando comparados com o nível mais adiantado, estes valores decrescem para 37%para as duas substâncias. Por fim, o autor constata que os conceitos de rede e íons são pouco utilizados pelos estudantes e que existe uma grande persistência de aplicar a noção de molécula a substâncias cristalinas (DE POSADA, 1999). Tendo como foco a regra do octeto, Mortimer, Mol e Duarte (1994, p. 243) afirmam que essa se transformou “num ritual, um verdadeiro dogma a explicar a estabilidade dos compostos químicos, substituindo princípios mais gerais como as variações de energia envolvidas na formação da ligação entre os átomos”. Os autores fazem esta constatação a partir da análise das respostas de uma questão da 2ª fase do vestibular da Universidade Federal de Minas Gerais, em que os candidatos deveriam responder a três itens para acertarem totalmente a questão (Figura 1).. Figura 1 - Questão analisada. +. -. Fonte: (MORTIMER; MOL; DUARTE, 1994, p.244).. Nos dois primeiros itens, os estudantes deveriam realizar alguns cálculos sobre a energia das etapas reacionais e da reação global de formação do cloreto de sódio sólido a partir dos átomos gasosos de cloro e sódio, o que apenas envolvia a aplicação da lei de Hess. No terceiro item, os candidatos deveriam avaliar a afirmação “O que estabiliza o cloreto de sódio é a formação de octetos de elétrons de.

(29) 27. valência nos íons cloreto e sódio”, como verdadeira ou falsa, e justificar a partir dos dados obtidos nos itens anteriores. A amostra analisada consistiu de 25% do total de provas da segunda etapa do referido vestibular, o que resultou em 779 respostas. Os autores constataram que os estudantes, em sua maioria (81,6%), sabiam calcular as variações de entalpias nos itens 1 e/ou 2, sendo que esses resultados demonstravam que não era a regra do octeto que estabilizava a formação do NaCl(s). Apesar disso, apenas 7,8% dos estudantes consideraram como falsa a afirmativa do item 3 e utilizaram justificativas diferentes da regra do octeto. Para a análise dos dados, os autores se basearam na ideia de “conflito cognitivo” de Piaget e concluíram que os estudantes enfrentam dificuldades para mudar suas concepções, pois mesmo frente a novas informações (itens 1 e 2) que são consideradas perturbadoras da teoria do octeto, a maioria as ignora e segue com sua ideia inicial. Os autores concluem que há uma tendência generalizada no ensino de Química em atribuir a estabilidade dos compostos químicos à formação do octeto eletrônico. A estabilidade química também foi foco da pesquisa de Taber (2000), na qual participaram 38 estagiários de Ciências. No instrumento utilizado para a coleta de dados, estavam representadas três espécies químicas: Na+ (cátion monovalente de sódio), Na (átomo de sódio) e Na-7 (ânion heptavalente de sódio), além de alternativas que comparavam suas estabilidades. O propósito foi detectar quais os critérios que os estagiários utilizavam para justificar sua escolha. Quando comparada a estabilidade do cátion e do átomo, 69% dos sujeitos da pesquisa acreditaram que o Na+ é mais estável que o Na, 26% pensaram o contrário e 5% que são igualmente estáveis. Os motivos das escolhas foram variados, alguns estudantes que acreditaram que o cátion é mais estável justificaram pelo fato de o Na+ ocorrer naturalmente, que o “metal de Na é mais reativo” ou que o “íon Na + existe em solução” (p.19, tradução nossa). Outros pensaram em termos da energia de ionização e sugeriram que o cátion era mais estável devido à energia requerida pelo átomo para remover um elétron. Entretanto, 22 dos 38 estagiários fizeram referência à camada completa do íon, ou seja, a regra do octeto..